natuurkundigen uit CERN ‘ s LHCb-samenwerking hebben een nieuw tetraquark-deeltje ontdekt, genaamd X(6900), bestaande uit twee charm quarks en twee charm antiquarks.
X (6900), een tetraquarkdeeltje dat bestaat uit twee charm quarks en twee charm antiquarks. Beeld door: CERN.
Quarks zijn puntachtige elementaire deeltjes die meestal voorkomen in verpakkingen van twee (mesonen) of drie (baryonen), waarvan de bekendste het proton en het neutron zijn — elk bestaat uit drie quarks.
er zijn zes soorten — of smaken — van quark om uit te kiezen: omhoog, omlaag, vreemd, charme, onder en boven. Elk van deze heeft ook een antimaterie tegenhanger.In hun fundamentele artikelen uit 1964 stelden de Amerikaanse natuurkundigen Murray Gell-Mann en George Zweig het quark-model voor en vermeldden ze de mogelijkheid om een quark – antiquark-paar toe te voegen aan een minimale meson-of baryonkwark-configuratie om tetra-en pentaquarks te vormen.
het duurde 50 jaar voordat natuurkundigen eenduidig experimenteel bewijs van het bestaan van deze exotische deeltjes hadden verkregen.
in April 2014 publiceerde de LHCb-samenwerking metingen die aantoonden dat het Z(4430)+ – deeltje bestaat uit vier quarks.
een jaar later rapporteerden de LHCb-fysici de waarneming van twee pentaquarks, Pc(4450)+ en Pc(4380)+.”Deeltjes bestaande uit vier quarks zijn al exotisch, en degene die we zojuist hebben ontdekt is de eerste die bestaat uit vier zware quarks van hetzelfde type, in het bijzonder twee charm quarks en twee charm antiquarks,” zei Dr.Giovanni Passaleva, de vertrekkende woordvoerder van de LHCb-samenwerking.
” tot nu toe hadden de LHCb en andere experimenten alleen tetraquarks waargenomen met maximaal twee zware quarks en geen met meer dan twee quarks van hetzelfde type.”
het LHCb team vond de x(6900) tetraquark met behulp van de particle-hunting techniek van het zoeken naar een overmaat aan botsingsgebeurtenissen, bekend als een ‘bump’, over een gladde achtergrond van gebeurtenissen.
door de volledige LHCb-datasets van de eerste en tweede reeks van de Large Hadron Collider, die respectievelijk van 2009 tot 2013 en van 2015 tot 2018 plaatsvond, werd een bult in de massaverdeling van een paar J/ψ-deeltjes gedetecteerd, die bestaan uit een charm quark en een charm antiquark.
de bult heeft een statistische significantie van meer dan vijf standaardafwijkingen, de gebruikelijke drempelwaarde om de ontdekking van een nieuw deeltje te claimen, en komt overeen met een massa waarbij deeltjes bestaande uit vier charm quarks worden voorspeld te bestaan.”Deze exotische zware deeltjes bieden extreme en toch theoretisch vrij eenvoudige gevallen waarmee modellen kunnen worden getest die vervolgens kunnen worden gebruikt om de aard van gewone materiedeeltjes, zoals protonen of neutronen, te verklaren,” zei Dr.Chris Parkes, de binnenkomende woordvoerder van de LHCb-samenwerking.
“het is daarom erg spannend om ze voor het eerst te zien verschijnen bij botsingen met de Large Hadron Collider.”
de ontdekking wordt beschreven in een paper gepost op de arXiv.org preprint server.
R. Aaij et al (LHCb-samenwerking). 2020. Observatie van structuur in het J/ψ-paar massaspectrum. CERN-EP-2020-115, LHCb-papier-2020-011; arXiv: 2006.16957